電化學(xué)法水處理設(shè)備
1、概述
電化學(xué)水處理設(shè)備（以下簡稱設(shè)備）兼具除垢、阻垢、節(jié)水、節(jié)能和去菌滅藻等功能，其主要作用機理是通過在極板兩端加載直流電從而在水體中發(fā)生系列電解反應(yīng)，在半透膜和電吸附的作用下達到快速改變水體局部區(qū)域酸堿性，促使Ca2+、Mg2+在陰極區(qū)域完成結(jié)垢析出以降低水體硬度，Cl-在陽極區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)閺娧趸缘腍ClO以達到去菌滅藻且緩蝕的作用。
2、原理
電化學(xué)設(shè)備主要原理可分為為電解氧化反應(yīng)、電解還原反應(yīng)、酸堿中和、離子平衡及極性水分子反應(yīng)。
陰極的反應(yīng)： | 陽極附近的反應(yīng)： |
2H2O (l) + 2e¯ → H2(g) + 2OH¯ (aq) | 4OH¯(aq) → O2(g) + 2H20(l) + 4e- |
CO2(g)+ OH¯(aq) → HCO3¯ (aq) | 2Cl¯(aq) → Cl2(g) + 2e¯ |
HCO3¯ (aq) + OH¯ (aq) → CO32-(aq) + H20(l) | O2(g) + 2OH¯(aq) – 2e¯ → O3(g) + H2O(l) |
CO32-(aq) +Ca2 +(aq) → CaCO3↓(垢) | OH¯(aq) – e¯ → HO·(aq) |
2OH¯ (aq)+Ca2 +(aq)→Ca(OH)2↓(垢) | 2H2O(l) – 2 e¯ → H2O2(l) + 2H+(aq) |
2OH¯ (aq)+Mg2 +(aq)→Mg(OH)2↓(垢) | H2O(l) – 2e¯ → O(aq) + 2H+(aq) |
3、實現(xiàn)功能
1.零加藥
循環(huán)冷卻水主要面臨有三大問題：結(jié)垢、菌藻滋生、腐蝕。傳統(tǒng)方法采取向循環(huán)冷卻水中添加阻垢劑、去菌滅藻劑、緩蝕劑等化學(xué)藥劑，并通過控制濃縮倍數(shù)和大量排水等措施解決這三大問題。
采取電化學(xué)技術(shù)時，在陰極附近形成局部堿性區(qū)域，使水體中大量存在的HCO3¯ 轉(zhuǎn)化為CO32-，從而使得水體中水體中的Ca2+、Mg2+等結(jié)垢離子主動提前析出，并沉積在極板上或者沉降在電化學(xué)槽底部，采取定期清理方式處理析出水垢；而在陽極區(qū)域發(fā)生氧化反應(yīng)，致使水體中的腐蝕離子Cl-被氧化后生成強氧化性的Cl2，Cl2和水反應(yīng)生成具有去菌滅藻功能的HClO,陽極水中積累過多的氯離子還可以通過設(shè)備分離，從而既能降低水體中Cl-濃度達到防腐蝕目的，又能起到去菌滅藻的功效，因此電化學(xué)能夠替代化學(xué)加藥，實現(xiàn)零加藥。
2.節(jié)水
采取電化學(xué)技術(shù)時，不再單一依靠濃縮倍數(shù)；電化學(xué)技術(shù)主動降低了水體中的鈣鎂等結(jié)垢離子，而且還通過陽極氧化吸附等方式將水體中氯離子富集或轉(zhuǎn)化，再通過少量排陽極水的方式除去過多的Cl-以達防腐的目的。這樣不再需要排水的方式緩解水質(zhì)不滿足運行條件的狀況。另外，使用電化學(xué)技術(shù)時可將其他廢水如RO產(chǎn)生的廢水利用，所產(chǎn)生的廢水也因不含化學(xué)藥劑而可以多級利用，大大提高節(jié)水率。
3.防垢、阻垢
三種碳酸鹽在不同pH下變化曲線
電解反應(yīng)過程中，陰極區(qū)域產(chǎn)生大量的HO-，，與此同時，將水體中的CO32-轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO3¯以達到防垢作用；在陰極區(qū)域產(chǎn)生的HO-與水體中的HCO3¯ 反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO32-，并迅速生成CaCO3,Mg(OH)2析出沉淀，由圖可看出，當(dāng)pH在8.5以下時，CO32-濃度基本為零，可不考慮CaCO3沉淀，因此電化學(xué)具有防垢作用。
4.除垢與節(jié)能
由上表可以看出由于水垢的導(dǎo)熱系數(shù)遠小（一般在1.7~2.3W/m2*k）,致使傳熱熱阻增加，單位面積熱負荷減小，冷凝器傳熱效率降低，從而造成冷凝器壓力升高和耗電量增加。采取電化學(xué)技術(shù)時，陽極區(qū)域部分水電解生成大量的H3O+，在半透膜的臨時富集作用下并隨著自吸式酸性水泵的強制及時抽出，實現(xiàn)酸堿水分離，致使陽極出水具有強酸性，通過泵與管路送入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)以降低水體的PH值，促使原有的水垢得以剝離以達到除垢作用，進而降低能耗。
